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신기한 비행기 기능

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01 항공기의 주 control surface와 그 기능

비행기의 일반적인 각부의 명칭은 아래 그림과 같다.

날개는 양력을 발생해서 기체의 중량을 지탱하는 중요한 구실을 한다. 그러므로 여러 상태에서 날개에 걸리는 하중에 견딜 수 있게 튼튼하고도 가벼운 구조이어야 한다. 일반적으로 사용되고 있는 것은 알루미늄 합금의 박판(薄板)으로 외형을 형성하고, 그 내면(內面)에 보강재를 장치한 세미모노코크 구조가 대표적인 형식으로 되어 있다. 날개는 연료 탱크나 다리를 격납하는 장소로 되어 있으며, 날개구조의 일부를 기름에 젖지 않는 구조로 하여 연료 탱크로 사용하는 경우도 있다.
날개의 후연부에는 안쪽에 플랩, 바깥쪽에 보조날개가 달려있다. 플랩은 좌우대칭으로 내릴 수 있게 되어 있는데, 플랩을 내리면 날개의 양력이 증가하여 최소속도를 감소시킬 수 있으므로 이착륙거리를 단축하는데 도움이 된다.

좌우의 보조날개는 좌(左)를 내리면 우(右)가 올라가고, 좌를 올리면 우가 내려가게 연결되어 있다. 좌를 내리고 우를 올리면, 좌의 날개의 양력이 증가하고 우의 날개의 양력이 강조되므로 비행기를 우로 기울게 하는 모멘트가 생긴다. 반대로 좌를 올리고 우를 내리면 비행기는 좌로 기운다.
날개의 뒷면에는 스포일러(spoiler)가 있는 것도 있다. 스포일러를 세우면 그 뒤쪽의 기류가 흐트러져서 날개의 양력이 감소됨과 동시에 공기저항이 현저하게 증가되므로, 착륙할 때 비행기의 속도를 줄이는 브레이크의 구실을 한다.

또 비행기의 활공각(滑空角)은 양력과 항력의 비로 정해지므로, 스포일러를 세워서 양력을 줄이고 그 항력을 크게하면 활공각, 즉 강하각(降下角)이 증대되므로 착륙진입(着陸進入)할 때 강하각을 가감하는데 유효하다.
꼬리날개는 수평꼬리날개와 수직꼬리날개로 되어있다. 수평꼬리날개는 고정된 수평 안정판의 후연에 승강키가 달려있고, 수직꼬리날개는 고정된 수직 안정판의 후연에 방향키가 달려있다. 승강키는 상하로 움직일 수 있게 되어있어 내리면 수평꼬리날개의 양력이 증가하므로 기수를 내리는 모멘트가 생기고, 반대로 승강키를 올리면 꼬리날개의 양력이 감소되므로 기수(機首)를 올리는 모멘트가 생긴다. 이와 같이 승강키의 오르내림으로 비행 중의 날개의 받음각을 자유롭게 바꿀 수 있다. (좌측그림 참고)

대체로 비행기가 저속으로 비행하려면 받음각을 크게 할 필요가 있으므로, 승강키를 위로 올려줌과 동시에 기관의 스로틀(throttle)을 조여 추력을 줄여야 한다. 고속으로 비행하려면 받음각을 작게 할 필요가 있으므로, 승강키를 아래로 내림과 동시에 기관의 스로틀을 열어 추력을 증가시킨다. 이와 같이 하여 비행기는 승강키와 기관의 스로틀레버를 가감함으로써 여러가지 속도로 수평비행을 할 수 있다. 승강키를 위로 젖혀서 날개의 받음각을 크게함과 동시에 기관의 스로틀을 열고 추력을 증가시켜주면 비행기는 추력의 여력을 이용해서 상승한다.

승강키는 상승을 위한 키라고 하기 보다는 받음각을 크게 해서 속도를 줄이기 위한 키라고 해석해야 한다. 속도를 줄이면 대체로 공기저항이 줄고, 그것을 감당하기 위해 필요한 추력이 감소되므로, 그 상태에서 기관의 추력을 증가시키면 여력(餘力)이 커져서 상승력이 커진다. 어떤 고도로 비행하고 있던 비행기가 강하할 때는 대체로 상승키를 올리고 기관의 추력을 감소시켜 준다. 그렇게 하면 기관의 속도가 저하되므로, 착륙진입의 경우 안전하게 강하할 수 있다. 폭격기가 급강하할 때는 승강키를 아래로 내리고 속력을 내어 돌진한다.

방향키의 작용은 승강키와 비슷하다. 방향키를 우로 굽히면 수직꼬리날개에 좌향(左向)의 공기력이 생기므로, 기수를 우로 향하게 하는 모멘트가 생긴다.(좌측그림) 반대로 키를 좌로 굽히면 기수를 좌로 향하게 하는 모멘트가 생긴다. 선박의 경우에는 비행기의 방향키에 해당하는 키를 좌우로 굽히기만 해도 선회되지만, 비행기의 경우는 예를 들면, 우선회의 경우는 보조날개에 의해 비행기를 우로 기울게함과 동시에 방향키를 우로 굽혀서 아래 그림과 같이 비행기에 작용하는 양력ㆍ중력(重力)ㆍ원심력이 균형이 잘 잡히게 된다. 이 균형이 유지되지 않으면 비행기는 선회하는 동안에 안팎으로 옆 미끄럼을 한다.
이상과 같이 비행기에서는 보조날개ㆍ승강키ㆍ방향키를 적당히 조작함과 동시에 기관의 스로틀을 가감하여 이들의 작용이 서로 어울려서 여러 종류의 운동을 자유롭게 한다. 비행기는 여러가지 균형이 잡힌 상태로 비행하고 있을 때, 예를 들면 돌풍을 만나 그 균형이 깨어졌을 때 스스로의 힘으로 본래의 균형이 잡힌 상태로 돌아가려는 성질이 있는데, 이 성질을 안정성(stability)이라고 한다. 수평꼬리날개와 수직꼬리날개는 비행기의 안정성을 유지하는 작용을 한다. 예를 들면, 어떤 받음각으로 비행하고 있던 비행기가 돌풍을 맞아 받음각이 커졌다고 하면 수평꼬리날개의 받음각도 증가하므로, 수평꼬리날개에 상향력(上向力)이 증가하여 기수를 숙이는 모멘트가 작용하여 받음각을 본래의 상태로 복원시킨다. 수직꼬리날개의 작용도 이와 같다.

동체에는 날개와 꼬리날개가 장치되고, 그 속에 조종실ㆍ객실ㆍ화물실 등이 배치되어 있으며, 또 각종 장비품을 넣어두는 곳으로 되어 있다. 착륙장치는 바퀴와 유압완충장치(油壓緩衝裝置)를 조합한 다리로 되어있으며, 비행기의 무게중심보다 약간 뒤쪽으로 2쌍(또는 4쌍)의 주각(主脚), 기수에 1쌍의 전각(前脚)이 있는 전륜형(前輪型)과 비행기의 무게중심보다 다소 앞쪽으로 2쌍의 주각, 꼬리부분에 미각(尾脚)이 있는 미륜형(尾輪型)이 있다.

현재는 지상활주를 할 때의 안정이 좋다는 이유로 전륜형이 많다. 비행 중의 공기저항을 줄이기 위해 다리는 날개나 동체ㆍ너셀 속에 접어넣게 되어 있으며, 주각의 바퀴에는 브레이크가 장치되어 있다.